一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人的制作方法

本發明涉及醫療康復訓練設備領域，特別涉及一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人。

背景技術：

我國目前有腦卒中患者約900萬人，每年新增150萬人以上，其中大約75％腦卒中患者在發病后會留下不同程度的后遺癥而導致不能獨立生活。而在腦卒中的眾多后遺癥中，以偏癱發生率為最，在偏癱的康復中，又以上肢功能的康復最為困難和重要。現代康復理論和實踐證實，腦卒中康復治療是降低致殘率最有效的方法。有效的上肢康復訓練能是最大限度地減輕殘疾和改善患者的功能，預防減少各類并發癥和后遺癥，提高日常生活能力，為其回歸家庭、融入社會提供幫助。

傳統的康復訓練療法由理療醫師和患者通過一對一的長時間的肢體接觸來完成，理療醫師協助患者進行肢體運動，訓練偏癱患者進行大量反復的重復性運動。這樣一來，不僅康復訓練效果取決于理療醫師的主觀臨床經驗，而且對醫師來說工作強度很大。機器人作為一種適合長時間、重復性勞動工作的機械系統已經在醫療行業得到了廣泛的認可和應用。

目前國內市場上還沒有成熟的外骨骼式上肢康復機器人，大多數仍處于實驗室樣機階段或因成本問題限制了市場化的推廣，總體來說市場上同類產品基本處于空白階段。因此，需要研發一種外骨骼式上肢康復機器人應用于偏癱患者的康復理療訓練，降低護理成本，節約社會資源，彌補上肢康復機器人在醫療康復訓練設備領域的空白。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供了一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人，既能適應不同的使用人群和使用環境，又能達到良好的康復訓練效果，且其結構簡單，便于于市場化的推廣。

為達到上述目的，本發明采取如下的技術方案：

一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人，包括前臂外骨骼式機械臂、后臂外骨骼式機械臂、肩部機械臂、基座、可移動升降平臺；所述前臂外骨骼式機械臂與后臂外骨骼式機械臂固定連接，所述后臂外骨骼式機械臂與肩部機械臂鉸接，所述肩部機械臂與基座直線導軌滑動連接，所述基座固定在可移動升降平臺上。

所述前臂外骨骼式機械臂包括腕部旋轉握把、腕部屈伸支架、前臂臂托、臂托桿、前臂桿滑塊、滑塊固定鈕、前臂桿、伺服電機三、肘部支座；所述腕部旋轉握把與腕部屈伸支架鉸接，所述腕部屈伸支架與前臂臂托鉸接，所述前臂臂托和臂托桿固定連接，所述臂托桿與前臂桿滑塊固定連接，所述前臂桿滑塊與前臂桿直線導軌滑動連接，且滑塊固定鈕安裝在前臂桿滑塊上固定，所述前臂桿鉸接在肘部支座一側，且與伺服電機三的轉軸鍵連接，所述伺服電機三固定在肘部支座上，所述肘部支座頂端孔與后臂外骨骼式機械臂末端軸固定連接。

所述后臂外骨骼式機械臂包括肘部支架、肘部前緩沖連桿、肘部后緩沖連桿、后臂伸縮桿、后臂桿、伸縮桿固定鈕、后臂臂托；所述肘部支架末端軸與前臂外骨骼式機械臂固定連接，另一端與肘部前緩沖連桿鉸接，所述肘部前緩沖連桿與肘部后緩沖連桿鉸接，所述肘部后緩沖連桿與后臂伸縮桿鉸接，所述后臂伸縮桿與后臂桿滑動連接，且伸縮桿固定鈕安裝在后臂桿上固定，所述后臂臂托鉸接在后臂桿側面，后臂桿頂端孔與肩部機械臂末端鉸接，且與伺服電機一轉軸鍵連接。

所述肩部機械臂包括伺服電機一，肩部桿，肩部連桿，伺服電機二，肩部滑動支座；所述伺服電機一固定在肩部桿上，且其轉軸與后臂外骨骼式機械臂固定連接，所述肩部桿末端與后臂外骨骼式機械臂鉸接，頂端與肩部連桿固定連接，所述肩部連桿與伺服電機二轉軸固定連接，且與肩部滑動支座鉸接，所述伺服電機二與肩部滑動支座固定連接，肩部滑動支座與基座直線導軌滑動連接。

所述可移動升降平臺包括萬向輪，腳輪支架，剎車片，底盤，氣壓活塞桿一，氣壓活塞桿二，氣壓活塞桿三，平臺；所述萬向輪鉸接在腳輪支架中間，所述剎車片與腳輪支架鉸接，所述腳輪支架鉸接在底盤下方，所述底盤與氣壓活塞桿一固定連接，所述氣壓活塞桿一與氣壓活塞桿二滑動連接，所述氣壓活塞桿二與氣壓活塞桿三滑動連接，所述氣壓活塞桿三固定在平臺下側，平臺上側與基座固定連接。

本發明的有益效果是：

本發明的上肢康復機器人采用可移動升降平臺，可用于調節患者與上肢康復機器人之間的相對位置；整個外骨骼式上肢康復機器人涉及五個自由度，分別對應人體肩部旋內/旋外、肩部前屈/后伸、肘部前屈、腕部旋內/選外和腕部前屈/后伸五個關節運動方向，貼合上肢運動模式；在后臂和前臂外骨骼式機械臂上安裝有伸縮調節裝置，使得兩處機械臂可根據患者的上肢尺寸進行長度調整，讓康復過程更加舒適；機械臂均采用伺服電機控制驅動，實現康復訓練更加精準高效，康復效果良好。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖。

圖2為本發明前臂外骨骼式機械臂結構示意圖。

圖3為本發明后臂外骨骼式機械臂結構示意圖。

圖4為本發明肩部機械臂結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施例做進一步的說明。

如圖1所示，一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人，包括前臂外骨骼式機械臂1、后臂外骨骼式機械臂2、肩部機械臂3、基座4、可移動升降平臺5；所述前臂外骨骼式機械臂1與后臂外骨骼式機械臂2固定連接，所述后臂外骨骼式機械臂2與肩部機械臂3鉸接，所述肩部機械臂3與基座4直線導軌滑動連接，所述基座4固定在可移動升降平臺5上。

如圖2所示，所述前臂外骨骼式機械臂1包括腕部旋轉握把101、腕部屈伸支架102、前臂臂托103、臂托桿104、前臂桿滑塊105、滑塊固定鈕106、前臂桿107、伺服電機三108、肘部支座109；所述腕部旋轉握把101與腕部屈伸支架102鉸接，所述腕部屈伸支架102與前臂臂托103鉸接，所述前臂臂托103和臂托桿104固定連接，所述臂托桿104與前臂桿滑塊105固定連接，所述前臂桿滑塊105與前臂桿107直線導軌滑動連接，且滑塊固定鈕106安裝在前臂桿滑塊105上固定，所述前臂桿107鉸接在肘部支座109一側，且與伺服電機三108的轉軸鍵連接，所述伺服電機三108固定在肘部支座109上，所述肘部支座109頂端孔與后臂外骨骼式機械臂2末端軸固定連接。

在患者進行康復前臂訓練前，首先根據患者上肢前臂尺寸調整好前臂桿滑塊105在前臂桿107上的位置，并用滑塊固定鈕106固定；患者進行腕部康復訓練時人體主動轉動腕部旋轉握把101和腕部屈伸支架102，從而進行腕部旋內/旋外和腕部前屈/后伸兩個方向的主動訓練；患者進行上肢康復訓練時伺服電機三108帶動前臂桿107，從而帶動與前臂桿107固定好的前臂臂托103，引導前臂進行肘部前屈方向的被動康復訓練；根據患者身體機能情況和康復療程，可控制伺服電機三108以不同轉速轉動不同的角度。

如圖3所示，所述后臂外骨骼式機械臂2包括肘部支架201、肘部前緩沖連桿202、肘部后緩沖連桿203、后臂伸縮桿204、后臂桿205、伸縮桿固定鈕206、后臂臂托207；所述肘部支架201末端軸與前臂外骨骼式機械臂1固定連接，另一端與肘部前緩沖連桿202鉸接，所述肘部前緩沖連桿202與肘部后緩沖連桿203鉸接，所述肘部后緩沖連桿203與后臂伸縮桿204鉸接，所述后臂伸縮桿204與后臂桿205滑動連接，且伸縮桿固定鈕206安裝在后臂桿205上固定，所述后臂臂托207鉸接在后臂桿205側面，后臂桿205頂端孔與肩部機械臂3末端鉸接，且與伺服電機一301轉軸鍵連接。

在患者進行康復前臂訓練前，首先根據患者上肢前臂尺寸調整好后臂伸縮桿204在后臂桿205處的位置，并用伸縮桿固定鈕206固定；患者進行上肢康復訓練時伺服電機一301帶動與后臂桿205固定好的后臂臂托207轉動，引導患者后臂進行肩部前屈/后伸方向的被動康復訓練；鉸接肘部支架201和肘部前緩沖連桿202可用于減輕前臂后臂組合復雜訓練時上肢康復機器人對人體上肢造成的壓力和不適感；根據患者身體機能情況和康復療程，可控制伺服電機一301以不同轉速轉動不同的角度。

如圖4所示，所述肩部機械臂3包括伺服電機一301，肩部桿302，肩部連桿303，伺服電機二304，肩部滑動支座305；所述伺服電機一301固定在肩部桿302上，且其轉軸與后臂外骨骼式機械臂2固定連接，所述肩部桿302末端與后臂外骨骼式機械臂2鉸接，頂端與肩部連桿303固定連接，所述肩部連桿303與伺服電機二304轉軸固定連接，且與肩部滑動支座305鉸接，所述伺服電機二304與肩部滑動支座305固定連接，肩部滑動支座305與基座4直線導軌滑動連接。

在患者進行上肢康復訓練時伺服電機二304帶動與肩部連桿303固定好的肩部桿302轉動，引導患者進行肩部旋內/旋外方向的被動康復訓練；在康復訓練過程中肩部滑動支座305與基座4可產生相對直線滑動，實時調整患者與上肢康復機器人相對位置，增加訓練舒適性；根據患者身體機能情況和康復療程，可控制伺服電機二304以不同轉速轉動不同的角度；三個伺服電機以不同轉速/角度可構成復雜空間上肢康復訓練。

如圖4所示，所述可移動升降平臺5包括萬向輪501，腳輪支架502，剎車片503，底盤504，氣壓活塞桿一505，氣壓活塞桿二506，氣壓活塞桿三507，平臺508；所述萬向輪501鉸接在腳輪支架502中間，所述剎車片503與腳輪支架502鉸接，所述腳輪支架502鉸接在底盤504下方，所述底盤504與氣壓活塞桿一505固定連接，所述氣壓活塞桿一505與氣壓活塞桿二506滑動連接，所述氣壓活塞桿二506與氣壓活塞桿三507滑動連接，所述氣壓活塞桿三507固定在平臺508下側，平臺508上側與基座4固定連接。

要移動上肢康復機器人位置時，萬向輪501帶動底盤504快速移動，到達患者位置后，通過剎車片503鎖死萬向輪501固定位置，氣壓活塞桿一505、氣壓活塞桿二506和氣壓活塞桿三507通過氣壓控制伸縮長度帶動固定連接的平臺508完成升降。